【正文】 =（極數(shù)大于 4的電機(jī)） 。30 176。 060 176。從該圖可以看出，通過改變觸發(fā)角可以控制發(fā)電機(jī)的端電壓，從而改變轉(zhuǎn)差率。 因為轉(zhuǎn)差率 S是隨著負(fù)荷變化的量，所以，（ ??? ）角與電機(jī)轉(zhuǎn)差率河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 27 s有一一對應(yīng)關(guān)系，據(jù)此可以 得出 S與 X的變化關(guān)系如圖 36所示。雙向晶閘管具有降壓作用，并且當(dāng)其導(dǎo)通時電壓近似為零；當(dāng)其關(guān)斷時電流為零；雙向晶閘管可以用電感等效，因為像電感一樣，雙向晶閘管的基波電流落后基波電壓 090 ，而且只有發(fā)電機(jī)電流、電壓的基波分量產(chǎn)生力矩和功率。例如；可以用雙向晶閘管作為并網(wǎng)開關(guān)和 降壓元件。如果輕載時適當(dāng)降低電機(jī)輸出電壓，則電機(jī)鐵耗差不多 隨 電壓平方而下降，是定子銅耗減小，從而降低了總損耗，使效率和功率因數(shù)得以提高，這就是 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)輕載降壓運(yùn)行提高效率的基本原理。 A. 降壓運(yùn)行的基本理論和實現(xiàn) 當(dāng) 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)輕載時輸出功率較小，同時轉(zhuǎn)子銅耗隨之降低，但鐵耗基本不變，此時電機(jī)損耗主要 為 鐵耗。 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)降壓運(yùn)行及效率分析 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)降壓運(yùn)行方式不但能夠提高電機(jī)運(yùn)行效率和功率因數(shù)，而且可以避免發(fā)電機(jī)組電動 運(yùn)行，增加了發(fā)電量。 b. 三相短路電流 轉(zhuǎn) 子銅 損 耗p cu2原動機(jī)輸入的功率P1 機(jī)械損耗pm附加損耗pa 機(jī)械功率Pm 定子銅損 耗pcu1鐵損耗pFe電磁功率PM 向電網(wǎng)輸出電功率P2河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 26 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)如果在運(yùn)行狀態(tài)下定子側(cè)發(fā)生三相突然短路，則流過的過渡電流的大小基本上和并網(wǎng)時的沖擊電流相等。但在 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的場合，是在轉(zhuǎn)速上升到超過同步 轉(zhuǎn)速，并在一定的滑差 S 內(nèi)利用速度繼電器和系統(tǒng)并網(wǎng)，由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時本身無電壓，故電機(jī)和系統(tǒng)并網(wǎng)時必須伴隨一個過渡過程，流過 5— 6 倍額定電流的沖擊電流。 圖 35 三相感應(yīng)發(fā)電機(jī)功率流程圖 并網(wǎng)運(yùn)行的三相 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)，運(yùn)行中要從電網(wǎng)吸收較大的滯后性無功功率，這是它的很大缺點之一。 電磁功率 MP 減去定子銅損耗 1cup 和鐵損耗 Fep ，則為三相 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)定子向電網(wǎng)輸出的電功率 2P 。 原動機(jī)輸入的功率為 1P ，減去機(jī)械損耗 mp 和附加損耗 ap ， 即為機(jī)械功率 mP 。 從圖 34 可以看出，在 s0 運(yùn)行狀態(tài)下，定子電壓 1U? 與電流 1I? 之間的夾角 1? 的變化范圍為 18090 10 ??? ， 1cos? 為負(fù)值，定子功率0cos3 111 ??IU ，說明這種狀態(tài)三相異步發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)發(fā)出有功功率，從而使發(fā)電狀態(tài)。 轉(zhuǎn)子無功電流 rI2?? 滯后 2E?? 090 時間電角度。 轉(zhuǎn)子電流 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 23 raIIsXsRXEjsXsRREXjsRXjsRXjsREXjsREI22222222222222222222222))(()(???????????????????????????????????????? (316) 式中， sXsR REI a 2222 222 )( ??? ?????? 為轉(zhuǎn)子 有功電流折合值； 22222 222 )( sXsRXEjI r ??? ????? ?? 為轉(zhuǎn)子無功電流折合值。 與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的三相 感應(yīng) 發(fā)電機(jī) A. 基本方程式 在前面提出的 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的基本方程式（ 23），適合于各種轉(zhuǎn)差率 s的值。 ③ 輔助 電 容器可由若干組小容量電容器并聯(lián)組成，且應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便調(diào)節(jié)容 量，主電容器可以是固定式的 。 （ 4） 應(yīng)注意的幾個問題 ① 電容器電容量選擇應(yīng)適當(dāng)，選得太小發(fā)電機(jī)電壓達(dá)不到要求值 ， 電壓調(diào)節(jié)范圍較小甚至發(fā)生電壓崩潰 ， 選得太大易產(chǎn)生過電壓，且成本高。C + xC ? f (314) (3) 電容器電壓大小選擇 考慮到負(fù)載突然切除時，主電容上所受到的脈沖電壓有時會比電機(jī)端電壓大 12 倍 ，故主電容器的額定電壓，應(yīng)不低于 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)端電壓幅值的 倍。 三相所需總電容量 RC =NfUI32 3 1? ?? 2cos1 610 ? f (311) （ 2） 動力負(fù)載 帶動力負(fù)載需要增加容性電流以補(bǔ)償負(fù)載的無功部分，滿載時所需 增加的無功容 量 為 Q= 12cos1 ?? 電動機(jī)容量 k Var (312) 式中 cos 1? 負(fù)載功率因數(shù) 滿載需增加的三 相 總電容 量（ 即輔助電容 ）為 RC = NUQ 610 ? f (313) xC 可作為選擇輔助電容器的依據(jù)。 △ 形聯(lián)接空載時每相所需電容量即主電容量 C=NrfUI32? 610 = 0I 02cos1 ?? ≈ ? f (37) △形聯(lián)接空載時三相所需總電容量 39。發(fā)電機(jī)要有良好的運(yùn)行特性，合理選擇電容器是關(guān)鍵，這里就選擇電容器的實用方法介紹如下。 圖 33 外特性曲線 三相感應(yīng) 發(fā)電機(jī)電容器的選擇 自 勵三相 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)一般接兩種作用的電 容器，一種稱主電容器固定地接在異步電動機(jī)的定子繞組上，另一組稱輔助電容器分別接在配電線路上，即在負(fù)載端接輔助電容器。從圖 32 可以看出，增加電容量 C，可以使 ? 角減小，端電壓 1U 增高。在空載時，要建立正常的電壓。 為了保證感應(yīng)發(fā)電機(jī)能可靠地建立電壓，還得讓電容與空載特性曲線有明顯的交點，如圖 32 中的 a點，這就需要有足夠容量的電容才行。為此，也叫自勵感應(yīng)發(fā)電機(jī)。 與并勵直流發(fā)電機(jī)一樣，要想建立電壓，就必須有剩磁。為此，一方面轉(zhuǎn)子磁路系統(tǒng)必須有一定的剩磁，另一方面發(fā)電機(jī)端點一定并聯(lián)一組對稱的勵磁用電容器。 功率 /MW 圖 27 感應(yīng)發(fā)電機(jī)效率曲線 （ 3kV級機(jī)、 100 %負(fù)荷時 ） 2 0 1 95 效率 / % 8 極 3 4 6 極 5 6 12 極 1 16 極 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 17 3 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)特性分析 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性分析 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)有兩種運(yùn)行方式：單獨運(yùn)行方式和與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行方式。在低速感應(yīng) 發(fā)電機(jī)中，還存在功 率 因數(shù)較小、效 率 較低等缺點（圖 2圖 27）； 在較大容量機(jī)組中，并網(wǎng)時沖擊電流較大可能造成電網(wǎng)電壓下降，超前功率 大還可以造成系統(tǒng)的電壓波動。 因此，經(jīng)濟(jì)上比較的一般性結(jié)論難于準(zhǔn)確得出，應(yīng)該對每一個電站作具體的分析。 (5) 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)所需勵磁的大小與電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速成反比（即與電機(jī)的極對數(shù)成正比），轉(zhuǎn)速越高，標(biāo)幺值勵磁越低。相同水資源下，采用 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 15 可多發(fā)電。 (2) 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)由于無集電環(huán)、電刷、轉(zhuǎn)子勵磁繞組，因此維護(hù)及運(yùn)行費(fèi)用低。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)的比較 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)于同步發(fā)電機(jī)優(yōu)缺點的比較如表 21所示。這種方式在農(nóng)村無其它電源供電的情況下，無法使用。 采用這種結(jié)構(gòu)方式時，電機(jī)的材料利用 率 高，但發(fā)電機(jī)的固有電壓調(diào)節(jié) 率 較大，電壓穩(wěn)定性較差。 C. 接線方式 III 接線方式 III 如圖 25（ c） 所示，電容器 C與副繞組串聯(lián)后于主繞組河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 12 并聯(lián)，共同承擔(dān)負(fù)載。 采用這種結(jié)構(gòu)方式時，發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載變化較小，即發(fā)電機(jī)的固有調(diào)壓 率 較小，穩(wěn)壓性能相對較好。運(yùn)行時，負(fù)載的有功由主副繞組共同提供，其來源均為轉(zhuǎn)軸上吸收的機(jī)械功 率 轉(zhuǎn)換而來，但向負(fù)載提供的方式不一樣：主繞組仍是通過電傳導(dǎo)的方式提供；而副繞組則通過氣隙磁場的磁耦合作用傳遞給主相，然后提供給負(fù)載。 采用這種結(jié)構(gòu)方式時，發(fā)電機(jī)端電壓隨負(fù)載變化較大，即發(fā)電機(jī)的固有電壓調(diào)節(jié) 率 較大，但繞組的結(jié)構(gòu)及接線較為簡單。負(fù)載的有功功 率 由主繞組將通過氣隙轉(zhuǎn)換而來的電功 率 ，通過電傳導(dǎo)方式直接供給，無功則由電 容器提供。 A. 接線方式 I 該定子繞組接線方式如圖 25（ a） 所示，定子繞組相數(shù) m=1,無副繞組。而此時無功 率 為； 0sin 11 ?? ?ImUP （ 26） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 電機(jī)仍然從電網(wǎng)吸收滯后的無功功 率 。實際上只有當(dāng)這個 cmP 大于電機(jī)的鐵耗，定子銅耗等損耗之和時，電機(jī)才能發(fā)出電回饋電源。 ???????????????????????????????????????????mmmlmZIEEEIIIIIjXsRIEjXRIEZIEU?????????????????121211222211111111)()()(?? （ 23） 式（ 23） 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的基本方程組（注意：轉(zhuǎn)差率 s0） ： 由式（ 23）可得 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)的失量圖，如圖 24 所示， 其中 2? 為空間矢量 2I?? 與（ 1E?? ）的相位差。當(dāng)電源電壓和頻率不變時，磁通基本不變，因此建立磁場所需的勵磁電流 Im ,與 感應(yīng) 電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)。 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子電流有功分量為： Ir2 =I2 cos 2? = ? ? ssxr rE 22022 220? (21) 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子電流無功分量為： Ix2 =I2 sin 2? =? ?22022 2020 xsr xE ? (22) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 式中 20E ,2r , 20x 分別為每相轉(zhuǎn)子回路的感應(yīng)電勢，電阻和電抗。一臺鼠籠型異步發(fā)電機(jī)：當(dāng)定子外加電壓作電動機(jī)運(yùn)行時，其轉(zhuǎn)速 n 總是小于氣隙旋轉(zhuǎn)的磁場轉(zhuǎn)速 n0 (即 n n0 ,轉(zhuǎn)差率 s=00nnn? 0)，這時電機(jī)中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)向相同；當(dāng)電機(jī)空載運(yùn)形時，并外加一個驅(qū)動轉(zhuǎn)距使轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速（即 n=n0 轉(zhuǎn)差 率 s=00nnn? =0）時，由于旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子間無相對運(yùn)動，電機(jī)的電磁功率為零，定子電流只為激磁電流，定子從電網(wǎng)吸收的功率用于克服定子銅耗和鐵耗，轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動功率用于克服風(fēng)耗和軸承損耗；但繼續(xù)增大驅(qū)動轉(zhuǎn)距，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將高于同步轉(zhuǎn)速（即 nn0 ，轉(zhuǎn)差率 s=00nnn? 0），此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向就與 nn0 時相反，因而轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的方向也與 nn0 時相反。系列電機(jī)的功率范圍為 5000kW（ 50Hz） 以下或 6000kW（ 60HZ）以下。轉(zhuǎn)子為籠型繞組，轉(zhuǎn)子支臂焊在轉(zhuǎn)軸上，建起風(fēng)扇作用。 圖 22 為日本富士公司美國 Lank Mathews 電站制造的立式 感應(yīng) 發(fā)電機(jī) （ 4900kW,) 的剖面圖。 B. 立式 感應(yīng) 發(fā)電機(jī) 圖 22 立式感應(yīng)水輪發(fā)電機(jī)組布置圖 立式感應(yīng)發(fā)電機(jī)一般為懸式結(jié)構(gòu)。冷卻利用轉(zhuǎn)軸兩端（或一端）安裝的風(fēng)扇，從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng) ，然后經(jīng)轉(zhuǎn)子鐵芯和定子鐵芯中的風(fēng)溝排風(fēng)。但轉(zhuǎn)子為籠型結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯為電工鋼片疊成的圓筒型結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)間采用高頻釬焊，能承受水輪機(jī)飛逸式的機(jī)械應(yīng)力及運(yùn)行中的熱應(yīng)力。 圖 21 臥式 感應(yīng) 發(fā)電機(jī)剖面圖 1. 定子鐵芯 5. 底座 6. 轉(zhuǎn)軸 7. 軸承座 8. 冷卻風(fēng)扇 9. 冷卻風(fēng)溝 10. 進(jìn)風(fēng)口 11. 通風(fēng)管 12. 飛輪